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CN101546041A - 投影系统 - Google Patents

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CN101546041A
CN101546041A CN200810300781A CN200810300781A CN101546041A CN 101546041 A CN101546041 A CN 101546041A CN 200810300781 A CN200810300781 A CN 200810300781A CN 200810300781 A CN200810300781 A CN 200810300781A CN 101546041 A CN101546041 A CN 101546041A
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CN
China
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light
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prisms
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CN200810300781A
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叶信宗
黄俊翔
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

一种投影系统，其包括多个光源、及沿光源光路依次设置的多组调光棱镜、一个聚焦透镜及一个积分柱。所述积分柱包括一个入光面。所述各组调整棱镜分别与所述各光源相对应且沿光路设置于所述各光源与所述聚焦透镜之间。所述各光源发出的平行光线经相对应设置的各组调整棱镜折射及所述聚焦透镜聚焦后与所述积分柱的入光面之间的光锥度为所述各光源通过所述积分柱所有光线与所述积分柱的入光面之间的光锥度的n分之一，其中，n为光源的个数且n大于1。所述投影系统通过设置与多光源相对应的多组调光棱镜，使各光源发出的光线经各组调整棱镜折射后均投射至所述积分柱的入光面内，从而能有效提高多光源的光线利用率。

Description

投影系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种投影系统。
背景技术
目前，数位光学投影系统中为提升光源均匀度，一般会在光源的光路径后设置积分柱，以使光源发出的光线均能聚焦于积分柱的入光面而进入积分柱内进行多次反射而投射出去。而为提升数位光学投影系统的亮度，一般会采用多光源架构。
然而，采用多光源架构需要将多个光束投射至积分柱。为使多个光束均能聚焦于积分柱的入光面而进入积分柱，一般采用两个椭圆灯罩做切角后并排设置以使光线聚焦时光锥度(Lightcone)较小而直接聚焦至积分柱的入光面，但椭圆灯罩做切角后光线易散失，从而导致光线利用率低，亮度提升较小。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能有效提高多光源的光线利用率的投影系统。
一种投影系统，其包括多个光源、及沿光源光路依次设置的多组调整棱镜、一个聚焦透镜及一个积分柱。所述积分柱包括一个入光面。所述各组调光棱镜分别与所述各光源相对应且沿光路设置于所述各光源与所述聚焦透镜之间。所述各光源发出的平行光线经相对应设置的各组调整棱镜折射及所述聚焦透镜聚焦后与所述积分柱的入光面之间的光锥度为所述各光源通过所述积分柱所有光线与所述积分柱的入光面之间的光锥度的n分之一，其中，n为光源的个数且n大于1。
相较于现有技术，所述的投影系统通过设置与多光源相对应的多组调整棱镜，使各光源发出的光线经各组调整棱镜折射后均投射至所述积分柱的入光面内，从而能有效提高多光源的光线利用率。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的投影系统结构示意图；
图2为图1中投影系统的调整棱镜调整光线示意图；
图3为本发明第二实施方式的投影系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细说明。
请一并参阅图1及图2，其为本发明第一实施方式的投影系统100，其包括两个光源10，两组调整棱镜20、一个聚焦透镜40及一个积分柱60。所述各组调整棱镜20与所述各光源10相对应且设置于各光源10与所述聚焦透镜40之间。积分柱60具有一个入光面62，各光源10发出的光线经各自相对应的调整棱镜20折射后均对准聚焦透镜40，并经聚焦透镜40聚焦后投射至所述积分柱60的入光面62。
各光源10均包括一个灯泡12及一个灯罩14。所述灯泡12收容于所述灯罩14内。本实施方式中，灯罩14的外形为抛物线形状。灯泡12发出的光线经灯罩14反射后平行投射出去。本实施方式中，两个光源10并排平行设置且其灯罩14开口方向相同。
每组调整棱镜20包括一个第一调光棱镜22及一个第二调光棱镜24。光源10发出的光线依次经所述第一调光棱镜22、所述第二调光棱镜24折射后投射至聚焦透镜40。
本实施方式中，第一调光棱镜22与第二调光棱镜24均为直角梯形棱镜。如图2所示，第一调光棱镜22的两相互平行的上底边为L11，下底边为L12，连接上底边L11与下底边L12的直角边为L13及斜边为L14。第二调光棱镜24的两相互平行的上底边为L21，下底边为L22，连接上底边L21与下底边L22的直角边为L23及斜边为L24。
第一调光棱镜22的顶角(即直角边L13与斜边L14所形成的夹角)与第二调光棱镜24的顶角(即直角边L23与斜边L24所形成的夹角)均为？1。第二调光棱镜24的直角边L23相对于第一调光棱镜22的直角边L13倾斜的角度为？2。第一调光棱镜22的直角边L13的长度为D1，下底边L12的长度为D2。第二调光棱镜24的直角边L23的长度为D3，下底边L22的长度为D4。第一调光棱镜22及第二调光棱镜24的折射率均为n1。
请参阅图1，本实施方式中，建立一个三维坐标系，在聚焦透镜40的平面上互相垂直的方向建立X轴(即垂直于光源10的排列方向)与Y轴，聚焦透镜40的光轴方向为Z轴。
各光泡12发出的光线经由灯罩14反射后平行入射至第一调光棱镜22形成圆形光斑，本实施方式中，该圆形光斑的直径为d1。如图2所示，各圆形光斑经第一调光棱镜22及一个第二调光棱镜24折射后沿X轴方向压缩后调整为椭圆形光斑，即X轴方向的长度压缩，Y轴方向的长度不变。因此，该椭圆形光斑的短轴长度为d2，长轴长度为圆形光斑的直径d1。本实施方式中，椭圆形光斑的短轴等于长轴的二分之一，即d2/d1＝1/2。
本实施方式中，采用双光源设计即需将各光源10发出的圆形光斑压缩后形成椭圆形光斑需满足光线均能聚焦于积分柱60的入光面62的光锥度(光线与积分柱60的入光面62形成的光锥度即指光线与Z轴方向的夹角)的要求。即该椭圆形光斑相对于积分柱60的光锥度应为单灯源设计时的光锥度的二分之一才能使双光源10形成的两个椭圆形光斑与积分柱60的入光面62形成的总光锥度与单灯源设计时所形成的圆形光斑与积分柱60的入光面62形成的光锥度相等，从而使双灯源10的所有光线均可通过聚焦透镜40投射至积分柱60。本实施方式中，假设光线与积分柱60的入光面62的光锥度为30°，则各光源10发出的圆形光斑压缩后形成椭圆形光斑与积分柱60形成的光锥度为15°。
为满足此需求，d2与d1的设计应满足以下关系表达式：d2/d1＝(cos(arcsin(n1 sin？1))2/(cos？1)2，且？2同时也满足以下关系表达式：？2＝arcsin(n1sin？1)-？1。
假设第一调光棱镜22与第二调光棱镜24的折射率n1≈1.5168。根据(cos(arcsin(n1sin？1))2/(cos？1)2＝1/2，求得？1＝32°。根据？2＝arcsin(n1sin？1)-？1，求得？2＝21.5°。本实施方式中，为更好的满足设计需求及尽量使得投影系统100小型化，使第一调光棱镜22与第二调光棱镜24的边长满足以下要求即可，D1＝60毫米(mm)，D2＝48.75mm，D3二40mm，D4二34mm。
可以理解，第一调光棱镜22与第二调光棱镜24之间的设置方位可以改变，只需满足将各光源10发出的光线形成的圆形光斑沿X轴(即垂直于双光源10的排列方向)方向压缩调整为椭圆形光斑以使该椭圆形光斑与积分柱60的入光面62之间的光锥度均在光线能通过积分柱60的光锥度范围(即小于或等于入射至积分柱60的入光面62的边缘光线形成的光锥度)内，从而有效提高多光源光线的利用率，并提高整个投影系统的亮度。
请参阅图3，其为本发明第二实施方式的投影系统200，其与第一实施方式的投影系统100的不同之处在于进一步包括一个光源10及一组调整棱镜20，即本实施方式的投影系统200包括三个光源10及三个调整棱镜20。各光源10发出的光线经各自相对应的调整棱镜20的第一调光棱镜22及第二调光棱镜24折射后均对准聚焦透镜40，并经聚焦透镜40聚焦后投射至所述积分柱60的入光面62。
为使三个光源10发出的光线均能投射至积分柱60，则需将三个光源10发出的光线形成的圆形光斑沿X轴方向压缩、Y轴方向不变调整为椭圆形光斑且各椭圆形光斑与积分柱60的入光面62之间形成的光锥度均为单灯源设计时所形成的圆形光斑与积分柱60的入光面62形成的光锥度的三分之一，即d2/d1＝1/3。
可以理解，投影系统包括n个灯泡10及n组调整棱镜20时，各光源10发出的光线形成的圆形光斑压缩调整为椭圆形光斑且各椭圆形光斑与积分柱60的入光面62之间形成的光锥度均为单灯源设计时所形成的圆形光斑与积分柱60的入光面62形成的光锥度的n分之一，即d2/d1＝1/n，其中，n为自然数。
所述的投影系统通过相对应的光源10设置第一调光棱镜22及第二调光棱镜24，从而使光源10发出的圆形光斑经第一调光棱镜及第二调光棱镜后沿垂直于光源10的排列方向压缩调整为椭圆形，同时使调整后的椭圆形光斑的与积分柱60的入光面62之间形成的光锥度均在光线能通过积分柱60的光锥度的范围内，从而有效提高多光源的光线利用率。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

  1. 【权利要求1】一种投影系统，其包括多个光源、及沿光路依次设置的一个聚焦透镜及一个积分柱，所述积分柱具有一个入光面，其特征在于，所述投影系统还包括多组调整棱镜，所述各组调整棱镜分别与所述各光源相对应且沿光路设置于所述各光源与所述聚焦透镜之间，所述各光源发出的平行光线经相对应的各组调整棱镜折射及所述聚焦透镜聚焦后与所述积分柱的入光面之间的光锥度为所述各光源通过所述积分柱所有光线与所述积分柱的入光面之间的光锥度的n分之一，其中，n为光源的个数且n大于1。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，每组调整棱镜包括一个第一调光棱镜及一个第二调光棱镜，所述各光源发出的光线依次经所述第一调光棱镜、所述第二调光棱镜折射后入射至所述积分柱。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述各光源包括一个灯泡及一个灯罩，所述灯泡收容于所述灯罩内，所述各光源互相平行设置且所述各灯罩的开口方向相同，所述各光源发出的光线经所述各组调整棱镜折射后沿垂直于所述各光源设置的方向压缩。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述灯罩的外形为抛物线形状。
  5. 【权利要求5】如权利要求2所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统包括两个光源及两组调整棱镜，所述各光源分别与所述各组调整棱镜相对应设置，所述各光源发出的光线形成的圆形光斑经各组调整棱镜折射后沿垂直于所述各光源设置的方向压缩以调整为椭圆形光斑，且椭圆形光斑的短轴等于长轴的二分之一。
  6. 【权利要求6】如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统包括三个光源及三组调整棱镜，所述各光源分别与所述各组调整棱镜相对应设置，所述各光源发出的光线形成的圆形光斑经各组调整棱镜折射后沿垂直于所述各光源设置的方向压缩以调整为椭圆形光斑，且椭圆形光斑的短轴等于长轴的三分之一。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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